JP6931276B2 - Thermally efficient electrical assembly - Google Patents

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Description

本発明は、電気部品からの熱の伝達又は放散を最適化するための熱効率の高い電気組立体に関する。本発明はさらに、好ましくは熱効率の高いフレキシブル回路、より好ましくはこのような熱効率の高いフレキシブル回路を含む照明部品に関する。 The present invention relates to a thermally efficient electrical assembly for optimizing heat transfer or dissipation from electrical components. The present invention further relates to a flexible circuit preferably having a high thermal efficiency, and more preferably a lighting component including such a flexible circuit having such a high thermal efficiency.

電気部品からの熱の発生は、その有用性、特にその効率と寿命に悪影響を及ぼす場合がある。余熱を低減するために本質的により効率の高い部品が開発されているが、このような改善を可能とする技術の進歩は、より小型かつより高性能な部品の開発をもたらす。 The generation of heat from electrical components can adversely affect its usefulness, especially its efficiency and longevity. Essentially more efficient components have been developed to reduce residual heat, but advances in technology that enable such improvements will result in the development of smaller, higher performance components.

このような例の1つは、発光ダイオード又はLEDである。LEDは、有利なことに同じ明るさの白熱電球よりも非常にエネルギー効率が高いが、その開発の初期には、LEDは低出力であり、多くの状況において使用が限定されていた。しかしながら、LED及びそれに関連する技術は、投光照明及び車両用前照灯クラスタのような高出力用途において、LEDが今や白熱電球又は他の光源に取って代わるほどに進歩した。しかしながら、LED輝度の向上は大量の余熱発生につながり、この熱は、部品の効率及び寿命を高めるために効率的に放散する必要がある。 One such example is a light emitting diode or LED. LEDs are advantageously much more energy efficient than incandescent bulbs of the same brightness, but in the early days of their development, LEDs had low power and were limited in use in many situations. However, LEDs and related technologies have advanced to the point where LEDs have now replaced incandescent bulbs or other light sources in high power applications such as floodlights and vehicle headlight clusters. However, the improvement of LED brightness leads to the generation of a large amount of residual heat, and this heat needs to be efficiently dissipated in order to increase the efficiency and life of the component.

多くの用途で、LED及び他の発熱電気部品は、回路基板の上に直接実装するように要求される。従って、ヒートシンクをこれらの回路基板の上に又はそれらと直接的に接触させて設けるのが一般的である。しかしながら、回路基板の構造は、不十分な放熱の一因となる場合もある。特に、回路基板の層を接合するために接着剤が一般に使用される。 In many applications, LEDs and other heat-generating electrical components are required to be mounted directly on a circuit board. Therefore, it is common to install heat sinks on these circuit boards or in direct contact with them. However, the structure of the circuit board may contribute to insufficient heat dissipation. In particular, adhesives are commonly used to join layers of circuit boards.

接着剤は、回路基板の層間に電気絶縁性を与える。このことは、一般に金属製であるヒートシンクを介した何らかの電気回路のショートを避けることが重要なので、ヒートシンクと共に使用する場合に特に必要である。残念ながら、接着剤は一般に、他の材料と比べると熱エネルギーの伝導性に乏しく、結果として部分的な断熱体として作用する場合がある。 The adhesive provides electrical insulation between the layers of the circuit board. This is especially necessary when used with a heatsink, as it is important to avoid short circuits of any electrical circuit through a heatsink, which is generally made of metal. Unfortunately, adhesives generally have poor thermal energy conductivity compared to other materials and may eventually act as a partial insulator.

従って、電気部品から余熱を放散させるために、より熱効率の高い回路基板の構造を開発することが必要とされる。そうすることによって、より効率的な長寿命の部品を可能にすることができる。 Therefore, in order to dissipate residual heat from electrical components, it is necessary to develop a circuit board structure with higher thermal efficiency. By doing so, more efficient long-life parts can be made possible.

本発明の目的は、熱効率の高い電気組立体の実装することで上記の問題を防ぐ又は軽減する点にある。 An object of the present invention is to prevent or alleviate the above-mentioned problems by mounting an electric assembly having high thermal efficiency.

本発明の第1の態様によれば、導電層と、ヒートシンク層と、導電層とヒートシンク層の間に挿入される電気絶縁性相互接続層と、導電層と電気的に連通する電気部品と、電気部品と熱的に連通しかつヒートシンク層と直接接触する金属製サーマルブリッジとを備え、金属製サーマルブリッジによって電気絶縁性相互接続層をバイパスする、熱効率の高い電気組立体が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a conductive layer, a heat sink layer, an electrically insulating interconnect layer inserted between the conductive layer and the heat sink layer, an electric component that electrically communicates with the conductive layer, and an electric component. A thermally efficient electrical assembly is provided that comprises a metal thermal bridge that thermally communicates with electrical components and is in direct contact with the heat sink layer, bypassing the electrically insulating interconnect layer by the metal thermal bridge.

本発明は、電気部品から介在材料を介してヒートシンク層への効率的な熱経路を提供する。従って、熱伝達は最適化されて、電気部品がより効率的により長期間動作することを可能にする。 The present invention provides an efficient thermal path from electrical components to the heat sink layer via intervening materials. Therefore, heat transfer is optimized, allowing electrical components to operate more efficiently and for longer periods of time.

好ましい実施形態では、電気絶縁性相互接続層は、電気絶縁性接着層とすることができる。このような層は、導電層とヒートシンクとの間の密着を促進することができる。 In a preferred embodiment, the electrically insulating interconnect layer can be an electrically insulating adhesive layer. Such a layer can promote adhesion between the conductive layer and the heat sink.

好ましくは、ヒートシンク層は上側及び下側のヒートシンク副層を含むことができ、上側ヒートシンク副層は導電層に接着される。この場合、複数の副層でヒートシンク層を形成することによって、各層の特性を変えて熱特性を最適化することが可能となる。 Preferably, the heat sink layer can include upper and lower heat sink sublayers, the upper heatsink sublayer being adhered to the conductive layer. In this case, by forming the heat sink layer with a plurality of sublayers, it is possible to optimize the thermal characteristics by changing the characteristics of each layer.

好都合には、銅は良好な熱伝導体であり、上側ヒートシンク副層は銅から構成することができる。さらに銅は、それ自身と他金属、例えば半田との間に容易で強力な接合を可能とする特性を有する。 Conveniently, copper is a good thermal conductor and the upper heat sink sublayer can be composed of copper. In addition, copper has the property of allowing easy and strong bonding between itself and other metals such as solder.

更なる利点は、アルミニウムから成る下側ヒートシンク副層により得ることができる。アルミニウムは、同様に良好な伝導体であることに加えて非常に有効な放熱体であり、ヒートシンクの一部分を形成するのに好都合である。アルミニウムはさらに軽量であり、ヒートシンクが過度に大きな質量をもたないようにする。 Further advantages can be gained by the lower heat sink sublayer made of aluminum. Aluminum is a very effective radiator in addition to being a similarly good conductor, which is convenient for forming a part of the heat sink. Aluminum is even lighter, ensuring that the heat sink does not have an excessively large mass.

好ましい実施形態では、導電層はさらに基板層に接着することができる。 In a preferred embodiment, the conductive layer can be further adhered to the substrate layer.

基板層は、組立体に対して付加的な強度及び/又は可撓性を与えることができる。基板層はまた、回路基板を通したあらゆる望ましくない電気伝導を防止するために、更なる電気絶縁層として機能を果たすことができる。 The substrate layer can provide additional strength and / or flexibility to the assembly. The substrate layer can also serve as an additional electrically insulating layer to prevent any unwanted electrical conduction through the circuit board.

好都合には、基板層はポリイミドを含むことができる。ポリイミドは良好な強度と可撓性を備え、その多くは難燃性を有する。また、ポリイミドは、化学的に安定であり、加えて電気絶縁性である。これらの特性の各々は、回路基板組立体には好都合である。 Conveniently, the substrate layer can include polyimide. Polyimides have good strength and flexibility, many of which are flame retardant. In addition, polyimide is chemically stable and, in addition, is electrically insulating. Each of these properties is favorable for circuit board assemblies.

好ましくは、金属製サーマルブリッジには半田を含むことができる。半田は適用が容易であり、熱伝導が良好で、銅などの他金属とうまく接合する。従って、半田はサーマルブリッジとして使用するのに好適である。しかしながら、必要に応じて、他の適切な材料を考慮することができる。 Preferably, the metal thermal bridge can include solder. Solder is easy to apply, has good thermal conductivity, and bonds well with other metals such as copper. Therefore, solder is suitable for use as a thermal bridge. However, other suitable materials can be considered, if desired.

より好ましくは、金属製サーマルブリッジは半田リベットとすることができる。この場合には、半田をリベット化することによって、接触面積の増加によって各構成要素の間の熱伝導を高めることができる。 More preferably, the metal thermal bridge can be solder rivets. In this case, by riveting the solder, the heat conduction between each component can be increased by increasing the contact area.

望ましい構成において、電気的構成要素は、サーマルパッドと、好ましくはサーマルパッド及びヒートシンク層の両方に直接接触する金属製サーマルブリッジを含むことができる。 In a desirable configuration, the electrical component can include a thermal pad and preferably a metal thermal bridge in direct contact with both the thermal pad and the heat sink layer.

サーマルパッドは、熱伝達のための構成要素の電気的に絶縁された部分を提供する。次にこの部分を直接ヒートシンク層に接続することによって、より効率的な熱経路を利用することができる。 The thermal pad provides an electrically isolated portion of the component for heat transfer. A more efficient heat path can then be utilized by connecting this portion directly to the heat sink layer.

代わりに、熱効率の高い電気組立体は、電気部品から電気絶縁されてそれと熱的に連通する金属要素をさらに備えることができ、金属製サーマルブリッジは、金属要素及びヒートシンク層の両方に直接接触する。 Instead, the thermal efficient electrical assembly can further include a metal element that is electrically insulated from the electrical component and thermally communicates with it, and the metal thermal bridge is in direct contact with both the metal element and the heat sink layer. ..

電気絶縁された金属要素は、特定のサーマルパッドなしで構成要素に対する同等な熱的な格納場所(mooring)を提供することができる。従って、この金属要素から良好な熱経路を提供することができる。 The electrically insulated metal element can provide an equivalent thermal mooring for the component without a specific thermal pad. Therefore, a good thermal path can be provided from this metal element.

好ましくは、金属要素は銅元素とすることができるが、随意的にサーマルブリッジは電気部品の負電極と直接的に電気的に連通することができる。後者の構成を用いて、ヒートシンクを完全に電気絶縁する必要がない場合に最適な熱経路を提供することができる。例えば、ヒートシンク層があらゆる別の構成要素と接触しておらずかつユーザがアクセス可能でない場合には、絶縁は全く必要ない。 Preferably, the metal element can be a copper element, but optionally the thermal bridge can directly and electrically communicate with the negative electrodes of the electrical component. The latter configuration can be used to provide an optimal thermal path when the heat sink does not need to be completely electrically insulated. For example, if the heat sink layer is not in contact with any other component and is not accessible to the user, then no insulation is needed.

好ましくは、電気部品は発光ダイオードとすることができる。好都合には、発光ダイオードは一般的にその電気エネルギーの60%から95%を熱に変換するが、その熱放散特性は効果的に温度を下げるには不十分である。それゆえ、発光ダイオードは一般に、必要な熱伝達特性を提供するヒートシンクに依存する。本構成は、このような構成要素と共に使用する場合に特に効果的である。 Preferably, the electrical component can be a light emitting diode. Conveniently, light emitting diodes generally convert 60% to 95% of their electrical energy into heat, but their heat dissipation properties are insufficient to effectively lower the temperature. Therefore, light emitting diodes generally rely on heat sinks to provide the required heat transfer characteristics. This configuration is particularly effective when used with such components.

本発明の第2の態様によれば、フレキシブル基板を含むフレキシブルなプリント回路基板の一部を成す導電層と、ヒートシンク層と、導電層とヒートシンク層の間に挿入される電気絶縁性相互接続層と、導電層と電気的に連通する電気部品と、電気部品と熱的に連通しかつシートシンク層と直接接触する金属製サーマルブリッジとを備え、金属製サーマルブリッジによって電気絶縁性相互接続層をバイパスする、熱効率の高いフレキシブル回路が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a conductive layer forming a part of a flexible printed circuit board including a flexible substrate, a heat insulating layer, and an electrically insulating interconnect layer inserted between the conductive layer and the heat insulating layer. An electrical component that electrically communicates with the conductive layer and a metal thermal bridge that thermally communicates with the electrical component and is in direct contact with the sheet sink layer are provided, and the electrically insulating interconnect layer is provided by the metal thermal bridge. A flexible circuit with high thermal efficiency that bypasses is provided.

本発明の第3の態様によれば、本発明の第2態様による熱効率の高いフレキシブル回路を含む照明部品が提供され、電気部品は発光ダイオードである。 According to a third aspect of the present invention, a lighting component including a flexible circuit having high thermal efficiency according to the second aspect of the present invention is provided, and the electric component is a light emitting diode.

本発明の第4の態様によれば、電気部品からヒートシンクへの効率の高い熱伝達をもたらす方法が提供され、本方法は、a)導電層及びヒートシンク層と電気的に連通する電気部品を準備して、絶縁性相互接続層がそれらの間に設けられるステップと、b)電気部品及びヒートシンク層を、電気部品と熱的に連通しかつヒートシンク層と直接接触する金属製サーマルブリッジに熱的に相互接続して、電気絶縁性相互接続層をバイパスするステップとを備える。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for efficiently transferring heat from an electrical component to a heat sink, which method a) prepares an electrical component that electrically communicates with the conductive layer and the heat sink layer. Then, the steps in which the insulating interconnect layer is provided between them, and b) the electrical component and the heat sink layer are thermally communicated to the electrical component and thermally contacted to the metal thermal bridge in direct contact with the heat sink layer. It comprises steps to interconnect and bypass the electrically insulating interconnect layer.

以下、本発明は、例示的に添付図面を参照して詳細に説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail exemplary with reference to the accompanying drawings.

本発明の第1態様による、熱効率の高い電気組立体の第1実施形態を示す。A first embodiment of an electric assembly having high thermal efficiency according to the first aspect of the present invention is shown. 基板層をもたない、本発明の第1態様による熱効率の高い電気組立体の第2実施形態を示す。A second embodiment of an electric assembly having a high thermal efficiency according to the first aspect of the present invention without a substrate layer is shown. 金属要素及び半田リベットを含む、本発明の第1態様による熱効率の高い電気組立体の第3実施形態を示す。A third embodiment of a thermally efficient electrical assembly according to a first aspect of the present invention, comprising metal elements and solder rivets, is shown. 半田リベットが電気部品の負電極に接続される、本発明の第1態様による熱効率の高い電気組立体の第4実施形態を示す。A fourth embodiment of an electrical assembly with high thermal efficiency according to the first aspect of the present invention, in which solder rivets are connected to negative electrodes of electrical components, is shown.

最初に図1を参照すると、本発明の熱効率の高い電気組立体100の第1実施形態が示されている。回路基板組立体102を通る断面図が示され、ここでは発光ダイオード又はLED106である電気部品104とヒートシンク層108との間の関係が詳細に説明される。 First, with reference to FIG. 1, a first embodiment of the thermally efficient electrical assembly 100 of the present invention is shown. A cross-sectional view through the circuit board assembly 102 is shown, wherein the relationship between the electrical component 104, which is a light emitting diode or LED 106, and the heat sink layer 108 is described in detail.

この実施形態では、LED106は2つの電極110を用いて導電層112に取り付けられ、導電層112は、銅トラック又は銀などの電流を通すことのできる何らかの他の材料とすることができる。LEDの取り付けは、半田コネクタ114を用いて達成される。導電層112自体は、ポリイミドフィルムなどのフレキシブル基板層116に取り付けられる。この取り付けは、電気絶縁性接着層118aの使用により好都合に行うことができる。接着層118aは、導電層112からフレキシブル基板層116への電気伝導を阻止する又は制限するために、好ましくは電気絶縁性又は高抵抗性の接着剤である。好ましくは電気絶縁性接着層118aであるが、代わりにいずれか他の電気絶縁性又は電気抵抗性の相互接続層が使用可能である。このフレキシブル基板層116は、導電層112に付加的な強度を与えながら、組立体100の全体が必要に応じて撓むのを可能にする。従って、本実施形態は、例えば車の前照灯ハウジングなどのエンクロージャに電気組立体100を柔軟に適合させることが必要とされる場合に使用可能である。 In this embodiment, the LED 106 is attached to the conductive layer 112 with two electrodes 110, which can be any other material that can carry current, such as copper track or silver. LED mounting is accomplished using the solder connector 114. The conductive layer 112 itself is attached to a flexible substrate layer 116 such as a polyimide film. This attachment can be conveniently done by using the electrically insulating adhesive layer 118a. The adhesive layer 118a is preferably an electrically insulating or highly resistant adhesive in order to prevent or limit the electrical conduction from the conductive layer 112 to the flexible substrate layer 116. An electrically insulating adhesive layer 118a is preferred, but any other electrically insulating or electrically resistant interconnect layer can be used instead. The flexible substrate layer 116 allows the entire assembly 100 to flex as needed while imparting additional strength to the conductive layer 112. Therefore, this embodiment can be used when it is required to flexibly fit the electrical assembly 100 into an enclosure such as a car headlight housing.

可撓性の組立体が開示されるが、本発明は非フレキシブル回路と合わせて使用することもできる。そのような非フレキシブル回路には、シリコン系基板層、FR4などのガラス繊維強化エポキシ樹脂ラミネート層、或いは限定的な可撓性を備える又は可撓性のない他の層を含めることができる。このような特徴は、請求項に記載の発明の概念を損ねることはない。 Flexible assemblies are disclosed, but the present invention can also be used in conjunction with non-flexible circuits. Such non-flexible circuits can include a silicon-based substrate layer, a glass fiber reinforced epoxy resin laminate layer such as FR4, or other layers with limited flexibility or inflexibility. Such features do not impair the concept of the invention described in the claims.

別の接着層118bがフレキシブル基板層116とヒートシンク層108の間に配置される。ヒートシンク層108自体は、上側及び下側のヒートシンク副層120a、120bを備える。本実施形態での上側ヒートシンク副層120aは、好ましくは銅で形成される。銅は有利なことに半田と接合することができ、以下にその利点を明らかにする。下側ヒートシンク副層120aは、好都合にはアルミニウムで形成することができ、アルミニウムは軽量かつ熱エネルギーの良好な伝導体であり、一方で一般的に銅より低コストでもある。上側及び下側のヒートシンク副層120a、120bは、例えば、熱間圧延によって一緒に製造することができる。 Another adhesive layer 118b is arranged between the flexible substrate layer 116 and the heat sink layer 108. The heat sink layer 108 itself includes upper and lower heat sink sublayers 120a and 120b. The upper heat sink sublayer 120a in this embodiment is preferably made of copper. Copper can be advantageously bonded to solder, the advantages of which are clarified below. The lower heat sink sublayer 120a can be conveniently formed of aluminum, which is a lightweight and heat-energy-friendly conductor, while generally at a lower cost than copper. The upper and lower heat sink sublayers 120a and 120b can be manufactured together by, for example, hot rolling.

しかしながら、本実施形態で説明する材料に代えて、材料の他の組合せを使用することができる。同様に、ただ1つの層で形成されるヒートシンク層を設けることが可能であり、その単一層は、銅、アルミニウム、又は適切な熱伝達が可能ないずれか他の材料とすることができる。 However, other combinations of materials can be used in place of the materials described in this embodiment. Similarly, a heat sink layer formed of only one layer can be provided, the single layer of which can be copper, aluminum, or any other material capable of suitable heat transfer.

また、LED106はサーマルパッド122を含み、LED106の電極110から電気的に絶縁される。このサーマルパッド122は、本実施形態では、金属製サーマルブリッジ124を介してヒートシンク層108に、より詳細には上側ヒートシンク副層120aに直接連結される。この金属製サーマルブリッジ124は半田カラム126である。従って、直接的な金属の熱経路が、電気部品104からヒートシンク層108への直接的な熱の伝達又は伝導のために提供される。 Further, the LED 106 includes a thermal pad 122 and is electrically insulated from the electrode 110 of the LED 106. In this embodiment, the thermal pad 122 is directly connected to the heat sink layer 108 via the metal thermal bridge 124, and more specifically to the upper heat sink sublayer 120a. The metal thermal bridge 124 is a solder column 126. Therefore, a direct metal heat path is provided for direct heat transfer or conduction from the electrical component 104 to the heat sink layer 108.

また、サーマルパッド122は、好都合には銅で形成される。銅は非常に優れた熱伝導体であって半田と強力な接合を形成するので、構造体にとって好都合である。従って、サーマルブリッジ124をサーマルパッド122及びヒートシンク層108と相互接続するために、一切の中間材料は必要ない。 Also, the thermal pad 122 is conveniently made of copper. Copper is a very good thermal conductor and forms a strong bond with the solder, which is advantageous for the structure. Therefore, no intermediate material is required to interconnect the thermal bridge 124 with the thermal pad 122 and the heat sink layer 108.

この実施形態では、電気絶縁性サーマルパッド122の使用により、ヒートシンク層108は、確実にLED106から電気的に絶縁されたままである。従って、ヒートシンク層108は、周囲のハウジングや他の取付け体から隔離する必要がなく、ヒートシンクとの接触から生じる感電の危険は有意に低減される。さらに、サーマルパッド122は、特に、LED106から離れて熱伝導を最大にするように配置及び設計されており、この構成の効率を保証する。 In this embodiment, the use of the electrically insulating thermal pad 122 ensures that the heat sink layer 108 remains electrically isolated from the LED 106. Therefore, the heatsink layer 108 does not need to be isolated from the surrounding housing or other attachments, significantly reducing the risk of electric shock resulting from contact with the heatsink. In addition, the thermal pad 122 is specifically arranged and designed to maximize heat conduction away from the LED 106, ensuring the efficiency of this configuration.

導電層112の各部分の上には、保護被覆層であり、下層に対してあるレベルの保護を提供するカバー層128を含むことが好ましい場合もある。このようなカバー層128は、ポリイミド、ポリエステル、又は他の適切な材料で形成することができ、接着剤を介して導電層112に貼り付けることができる。好都合には、カバー層128は他の層に対して可撓性の保護をもたらし、これによって、回路基板組立体102は、要望通り撓むことが可能となる。カバー層128及び接着剤118cは、例えば、必要とされる表面上へ押圧することができる。もしくは、カバー層128に代えてソルダレジストを利用することができる。 On top of each portion of the conductive layer 112, it may be preferable to include a cover layer 128 which is a protective coating layer and provides some level of protection to the underlying layer. Such a cover layer 128 can be formed of polyimide, polyester, or other suitable material and can be attached to the conductive layer 112 via an adhesive. Conveniently, the cover layer 128 provides flexible protection against other layers, which allows the circuit board assembly 102 to flex as desired. The cover layer 128 and the adhesive 118c can be pressed onto the required surface, for example. Alternatively, a solder resist can be used instead of the cover layer 128.

また、スティフナ130を適用することでフレキシブル回路基板組立体102の各部分を局所的に硬質にすることが可能である。スティフナ130は、一般に0.050mmから2.400mmの範囲の厚さで、FR4、ポリイミド、又はポリエステルなどの材料で形成することができる。同様に、接着剤118dを用いて、スティフナ130を組立体102の他の層に接着することができる。組立体102の各部分を硬質にすることによって、必要に応じて強度特性を高めることができ、特に比較的に苛酷な動作環境において、構造体の寿命が長くなる。 Further, by applying the stiffener 130, it is possible to locally harden each part of the flexible circuit board assembly 102. The stiffener 130 has a thickness generally in the range of 0.050 mm to 2.400 mm and can be formed of a material such as FR4, polyimide, or polyester. Similarly, the adhesive 118d can be used to bond the stiffener 130 to the other layers of the assembly 102. By making each part of the assembly 102 rigid, the strength characteristics can be enhanced as needed, and the life of the structure is extended, especially in a relatively harsh operating environment.

スティフナ130に比較して、フレキシブル基板層116及びカバー層128は、一般に0.012mmから0.125mmの厚さで製造することができる。同様に、接着剤118a−dの厚さは、0.012mmから0.050mmである。これらの厚さ範囲は、単なる例証であり、このような回路での使用に特有であり、本発明の範囲は、必ずしもこれらの厚さの層の使用に限定されることが意図されていない。 Compared to the stiffener 130, the flexible substrate layer 116 and the cover layer 128 can generally be manufactured with a thickness of 0.012 mm to 0.125 mm. Similarly, the thickness of the adhesive 118ad is 0.012 mm to 0.050 mm. These thickness ranges are merely exemplary and are specific for use in such circuits, and the scope of the invention is not necessarily intended to be limited to the use of layers of these thicknesses.

従って、上記の熱効率の高い電気組立体100の構成は、電気部品104からヒートシンク層108への熱エネルギーの伝達又は伝導のための経路を提供する。公知の構成では、通常、熱は代わりに部品104から介在層を通ってヒートシンク層108に放散される。接着剤118a−dとして又はフレキシブル基板層116に使用される層といった、これらの層の多くでは、熱は、その層を通って下層へ伝達されず、材料の平面内でより急速に伝達する傾向がある。従って、この非効率な熱経路をこれらの層をバイパスするより効率的なサーマルブリッジ124で置き換えることによって、電気部品104からの熱伝達を増大させることができ、部品104及び回路自体の作動に有効とすることができる。 Therefore, the configuration of the thermal-efficient electrical assembly 100 provides a path for the transfer or conduction of thermal energy from the electrical component 104 to the heat sink layer 108. In known configurations, heat is typically dissipated from component 104 through intervening layers to heat sink layer 108 instead. In many of these layers, such as the layer used as the adhesive 118ad or for the flexible substrate layer 116, heat tends not to be transferred through that layer to the lower layers, but rather more rapidly in the plane of the material. There is. Therefore, by replacing this inefficient heat path with a more efficient thermal bridge 124 that bypasses these layers, heat transfer from the electrical component 104 can be increased, which is effective for the operation of the component 104 and the circuit itself. Can be.

図2は熱効率の高い電気組立体の第2実施形態200を示し、組立体200は簡略化されている。本実施形態及び別の実施形態での類似の又は同一の特徴部の詳述は、簡略化のために省略される。 FIG. 2 shows a second embodiment 200 of an electric assembly having high thermal efficiency, and the assembly 200 is simplified. Details of similar or identical features in this embodiment and other embodiments are omitted for brevity.

同様にLED206として示される電気部品204は、同様にサーマルブリッジ224によってヒートシンク層208に結合される。しかしながら、サーマルブリッジ224の高さは、フレキシブル基板層の省略によって、第1実施形態の高さより低い。従って、この第2実施形態では、電気組立体200の層は、接着剤218c及びカバー層228によって被覆される導電層212に限定され、接着層218によってヒートシンク層208に接着される。必要に応じて、スティフナ230は接着剤218dを用いて取り付けられる。 The electrical component 204, also represented as LED 206, is similarly coupled to the heat sink layer 208 by a thermal bridge 224. However, the height of the thermal bridge 224 is lower than the height of the first embodiment due to the omission of the flexible substrate layer. Therefore, in this second embodiment, the layer of the electrical assembly 200 is limited to the conductive layer 212 coated with the adhesive 218c and the cover layer 228, and is adhered to the heat sink layer 208 by the adhesive layer 218. If necessary, the stiffener 230 is attached using adhesive 218d.

付加的な強度を与える必要がない場合にはフレキシブル基板層は省略することができ、導電層212及びカバー層228は、熱効率の高い電気組立体200に強度と可撓性の両方を与えるに十分である。 The flexible substrate layer can be omitted if it is not necessary to provide additional strength, and the conductive layer 212 and the cover layer 228 are sufficient to provide both the thermal efficiency electrical assembly 200 with both strength and flexibility. Is.

しかしながら、電気組立体200の厚さ低減、並びに関連するサーマルブリッジ224の高さ減少に起因して、LED206とヒートシンク層208との間の熱伝達は、図1の実施形態に体してさらに高めることができる。 However, due to the reduced thickness of the electrical assembly 200 and the associated reduced height of the thermal bridge 224, the heat transfer between the LED 206 and the heat sink layer 208 is further enhanced in the embodiment of FIG. be able to.

図3には、サーマルパッドを含まない電気部品304を特徴とする、熱効率の高い電気組立体の第3の実施形態300を示す。電気組立体300は導電層312を含み、その上に電気部品304が取り付けられる。本実施形態では、同様に銅で形成される電気的に絶縁された金属要素332は、導電層312に隣接するが、これとは切り離して形成される。同様に、第1及び第2の実施形態と類似した参照番号は、同じ又は類似の構成要素を指し、簡略化のために詳細に説明しない。 FIG. 3 shows a third embodiment 300 of an electrical assembly having high thermal efficiency, which comprises an electrical component 304 that does not include a thermal pad. The electrical assembly 300 includes a conductive layer 312 on which the electrical components 304 are mounted. In the present embodiment, the electrically insulated metal element 332, which is also formed of copper, is adjacent to the conductive layer 312, but is formed separately from the conductive layer 312. Similarly, reference numbers similar to the first and second embodiments refer to the same or similar components and are not described in detail for brevity.

金属要素332は、電気的に絶縁されるが、導電層312、従って電気部品304に熱的に結合されている。サーマルブリッジ324は、ここでは半田リベット334として形成され、金属要素332とヒートシンク層308との間に直接的な金属接続を提供する。従って、サーマルブリッジ324は、間に配置されたフレキシブル基板層316及び接着層318a、318bを貫通して、ヒートシンク層308への熱的バイパスを提供する。 The metal element 332 is electrically insulated, but is thermally coupled to the conductive layer 312, and thus to the electrical component 304. The thermal bridge 324 is formed here as solder rivets 334 and provides a direct metal connection between the metal element 332 and the heat sink layer 308. Therefore, the thermal bridge 324 penetrates the flexible substrate layers 316 and the adhesive layers 318a and 318b arranged between them to provide a thermal bypass to the heat sink layer 308.

金属要素332は、熱結合部336によって導電層312に熱的に結合される。熱結合部336は、ここではカバー層328の一部で形成されるが、そうでなければ、熱伝導及び電気絶縁の特性を与える何らかの他の材料で形成することができる。熱結合部336の広がる距離は、電気部品304とヒートシンク層308との間の距離より小さく、熱効率の高い熱伝達に対する抵抗は制限される。従って、この熱効率の高い電気組立体の第3実施形態300は、依然として従来公知の構成を超える改善となっている。 The metal element 332 is thermally bonded to the conductive layer 312 by the heat bonding portion 336. The thermal coupling portion 336 is formed here as part of the cover layer 328, but may otherwise be formed of any other material that provides thermal conduction and electrical insulation properties. The extended distance of the thermal coupling portion 336 is smaller than the distance between the electrical component 304 and the heat sink layer 308, limiting resistance to heat transfer with high thermal efficiency. Therefore, the third embodiment 300 of the electric assembly having high thermal efficiency is still an improvement beyond the conventionally known configuration.

図4に示す第4実施形態の熱効率の高い電気組立体400は、大部分は図3と類似しているが、金属要素又は熱結合部がなく、従ってサーマルブリッジ424とヒートシンク層408との間の分離がない。従って、第3実施形態より熱伝導に対する抵抗が少ない。前述のように、前述の実施形態と類似した参照番号は同じ又は類似の構成要素を指し、簡略化のために詳細に説明しない。 The thermally efficient electrical assembly 400 of the fourth embodiment shown in FIG. 4 is largely similar to FIG. 3, but without metal elements or thermal couplings, and thus between the thermal bridge 424 and the heat sink layer 408. There is no separation. Therefore, there is less resistance to heat conduction than in the third embodiment. As mentioned above, reference numbers similar to the embodiments described above refer to the same or similar components and are not described in detail for the sake of brevity.

好ましくは、サーマルブリッジ424は、電気部品404の負電極410aに取り付けて、正電極410bより低い電圧を受けるようにする。しかしながら、サーマルブリッジ424がそのように接続される場合、ヒートシンク層408は、同様に増加した電圧を受けることができる。 Preferably, the thermal bridge 424 is attached to the negative electrode 410a of the electrical component 404 to receive a voltage lower than the positive electrode 410b. However, when the thermal bridge 424 is so connected, the heat sink layer 408 can also receive an increased voltage.

好都合には、この構成は、熱結合部336がないので、第3実施形態より熱効率を高くすることができる。しかしながら、ヒートシンク層408及びサーマルブリッジ424は、導電層412に電気的に接続されるので、好ましくは使用時、組立体400の他の部分から電気絶縁する必要がある。例えば、自動車の場合、前照灯ハウジングに触れる人の偶発的な感電を防ぐために、前照灯ハウジングから電気絶縁する必要がある。 Conveniently, this configuration does not have the thermal coupling portion 336, so that the thermal efficiency can be higher than that of the third embodiment. However, since the heat sink layer 408 and the thermal bridge 424 are electrically connected to the conductive layer 412, it is preferably necessary to electrically insulate them from other parts of the assembly 400 during use. For example, in the case of an automobile, it is necessary to electrically insulate the headlight housing from the headlight housing in order to prevent accidental electric shock of a person who touches the headlight housing.

上記の実施形態はLEDに関連して説明したが、任意の他の電気部品を熱効率の高い電気組立体と併せて使用することができる。組立体は、LED、変圧器、又は他の構成要素等の高い熱出力を有する電気部品と共に使用される場合に最も有利であるが、回路に対して熱を放出する何らかの電気部品に対して有益な影響が見込まれる。 Although the above embodiments have been described in relation to LEDs, any other electrical component can be used in conjunction with a thermal efficient electrical assembly. The assembly is most advantageous when used with electrical components with high heat output such as LEDs, transformers, or other components, but is beneficial for any electrical component that dissipates heat to the circuit. Impact is expected.

さらに、本開示の発明はフレキシブル回路と共に使用する必要はない。非フレキシブル回路もまた本構成から利益を得ることができ、唯一の違いは、回路基板の構成要素層であり、例えば、フレキシブル基板層は、非フレキシブル基板層に置換える。回路基板の中間層をバイパスするサーマルブリッジの基本的概念は変わらない。好都合には、強化された電気絶縁特性を可能にするために、いずれの基板層も絶縁性とすることができる。 Moreover, the inventions of the present disclosure need not be used with flexible circuits. Non-flexible circuits can also benefit from this configuration, the only difference being the component layers of the circuit board, for example, the flexible substrate layer is replaced by the non-flexible substrate layer. The basic concept of a thermal bridge that bypasses the intermediate layer of the circuit board remains unchanged. Conveniently, any substrate layer can be insulating to allow for enhanced electrical insulation properties.

従って、電気部品とヒートシンク層との間に良好な熱伝達を提供する金属性サーマルブリッジを有し、金属製サーマルブリッジはあらゆる介在層をバイパスする、熱効率の高い電気組立体を提供することが可能である。 Thus, it is possible to have a metallic thermal bridge that provides good heat transfer between the electrical components and the heat sink layer, and the metallic thermal bridge can provide a thermally efficient electrical assembly that bypasses any intervening layers. Is.

本明細書で本発明に関して使用する場合の用語「備える/備えている」及び用語「有している/含んでいる」は、記載した特徴、完全体、ステップ、又は構成要素の存在を特定するために使用するが、1又は2以上の特徴、完全体、ステップ、構成要素、或いはそれらのグループの存在又は追加を排除しない。 The terms "equipped / equipped" and "have / include" as used herein with respect to the present invention identify the presence of the described features, completeness, steps, or components. Used for, but does not preclude the existence or addition of one or more features, perfections, steps, components, or groups thereof.

また、明瞭化のために別々の実施形態に関連して記載される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態に組み合わせて提供することができる。逆に、簡略化のために単一の実施形態に関連して記載される本発明の様々な特徴は、別々に又はいずれかの適切な部分的組合せで提供することもできる。 Also, certain features of the invention described in relation to separate embodiments for clarity can be provided in combination with a single embodiment. Conversely, the various features of the invention described in relation to a single embodiment for brevity can also be provided separately or in any suitable partial combination.

上述の実施形態は単なる例証であり、本明細書に記載位し規定する本発明の範囲から逸脱することなく、様々な他の変更形態が当業者には明らかであろう。 The above embodiments are merely exemplary, and various other modifications will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention described and defined herein.

100 熱効率の高い電気組立体
102 回路基板組立体
104 電気部品
106 発光ダイオード又はLED
108 ヒートシンク層
110 電極
112 導電層
114 半田コネクタ
116 フレキシブル基板層116
118a−d 電気絶縁性接着層
120a 上側ヒートシンク副層
120b 下側ヒートシンク副層
122 サーマルパッド
124 金属製サーマルブリッジ
126 半田カラム
128 カバー層
130 スティフナ
100 Thermally efficient electrical assembly 102 Circuit board assembly 104 Electrical components 106 Light emitting diode or LED
108 Heat sink layer 110 Electrode 112 Conductive layer 114 Solder connector 116 Flexible substrate layer 116
118a-d Electrically insulating adhesive layer 120a Upper heat sink sub-layer 120b Lower heat sink sub-layer 122 Thermal pad 124 Metal thermal bridge 126 Solder column 128 Cover layer 130 Stiffener

Claims (7)

導電層とヒートシンク層とを備える熱効率の高い電気組立体であって、
前記導電層と前記ヒートシンク層との間に挿入される電気絶縁性相互接続層と、
前記導電層と電気的に連通する電気部品と、
前記電気部品と熱的に連通しかつ前記ヒートシンク層と直接接触する金属製サーマルブリッジと、
を備え、
金属製サーマルブリッジによって前記電気絶縁性相互接続層をバイパスし、
前記ヒートシンク層は、上側及び下側のヒートシンク副層を含み、前記上側ヒートシンク副層は、前記導電層に接着され、前記上側ヒートシンク副層は銅から成り、前記下側ヒートシンク副層はアルミニウムから成り、
前記金属製サーマルブリッジは、前記電気部品の一方の側から前記電気絶縁性相互接続層を通って前記ヒートシンク層に接触し、さらに、前記電気部品の2つの電極から電気的に絶縁されかつ前記電気部品と熱的に連通する金属要素を含み、前記金属製サーマルブリッジは、前記金属要素と、ヒートシンク層の前記上側ヒートシンク副層の両方に直接接触しており前記金属製サーマルブリッジは、半田カラムである、
熱効率の高い電気組立体。
An electrical assembly with high thermal efficiency that includes a conductive layer and a heat sink layer.
An electrically insulating interconnect layer inserted between the conductive layer and the heat sink layer,
Electrical components that electrically communicate with the conductive layer,
A metallic thermal bridge for direct contact with the electrical component and in thermal communication and the heat sink layer,
With
Bypassing the electrically insulating interconnect layer with a metal thermal bridge
The heat sink layer includes upper and lower heat sink sublayers, the upper heat sink sublayer is adhered to the conductive layer, the upper heat sink sublayer is made of copper, and the lower heat sink sublayer is made of aluminum. ,
The metal thermal bridge comes into contact with the heat sink layer from one side of the electrical component through the electrically insulating interconnect layer, and is further electrically insulated from the two electrodes of the electrical component and the electricity. The metal thermal bridge comprises a metal element that thermally communicates with the component, the metal thermal bridge is in direct contact with both the metal element and the upper heat sink sublayer of the heat sink layer, and the metal thermal bridge is a solder column. Is,
Thermally efficient electrical assembly.
前記電気絶縁性相互接続層は、電気絶縁性接着層である、請求項1に記載の熱効率の高い電気組立体。 The electrical assembly according to claim 1, wherein the electrically insulating interconnect layer is an electrically insulating adhesive layer. 前記導電層はさらに基板層に接着される、請求項1に記載の熱効率の高い電気組立体。 The highly thermally efficient electrical assembly according to claim 1, wherein the conductive layer is further adhered to a substrate layer. 前記基板層はポリイミドを含む、請求項3に記載の熱効率の高い電気組立体。 The highly thermally efficient electrical assembly according to claim 3, wherein the substrate layer contains polyimide. 前記金属製サーマルブリッジは半田リベットである、請求項1に記載の熱効率の高い電気組立体。 The highly thermally efficient electrical assembly according to claim 1, wherein the metal thermal bridge is a solder rivet. 前記金属要素は銅要素である、請求項1に記載の熱効率の高い電気組立体。 The highly thermally efficient electrical assembly according to claim 1, wherein the metal element is a copper element. 前記電気部品は発光ダイオードである、請求項1に記載の熱効率の高い電気組立体。 The highly thermally efficient electrical assembly according to claim 1, wherein the electrical component is a light emitting diode.
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